重钢PC钢绞线用82B线材生产工艺探索与实践
2012-07-27 09:51:24
国内高强度预应力钢绞线盘条主要牌号为SWRH82B,属高碳硬线钢线材。广泛用于公路、铁路桥梁、海港码头、电站、大坝、工业民用建筑等领域。据不完全统计,预应力钢绞线每年需求量以10%~20%速度递增,其市场发展前景十分广阔。因贵绳等企业用户对82B钢需求量越来越大,多次提出希望与重钢共同开发该钢种,而重钢有近6年硬线钢生产经验,目前年生产能力已超过30万t,且质量逐年稳定提高。重钢根据市场情况及自身的装备水平,决定开发82B盘条。
1、SWRH82B钢的主要技术要求
SWRH82B盘条国内牌号为82MnA,执行标准为YB/T146-1998。该标准对其化学成分、显微组织、力学性能等都作了明确规定。
1.1化学成分
表1:YB/T146-98标准成分要求及重钢成分设计
%
要求
|
C
|
Si
|
Mn
|
P
|
S
|
冶标要求
|
0.80~0.85
|
0.12~0.32
|
0.60~0.90
|
≤0.025
|
≤0.025
|
判定要求
|
0.82~0.85
|
0.17~0.32
|
0.70~0.80
|
≤0.020
|
≤0.015
|
目标要求
|
0.83
|
0.25
|
0.75
|
0.015
|
0.010
|
1.2显微组织
盘条的金相组织应主要为索氏体,不应有马氏体、网状渗碳体及对性能有害的组织。
1.3力学性能
D=8~10mm:抗拉强度σb为1080~1200MPa,Ψ≥25%;
D=10.5~13mm:抗拉强度σb为1060~1180MPa,Ψ≥25%。
1.4其他要求
气体含量:钢中N、H、O含量均会不同程度影响82B线材的力学性能,一般要求N、H、O的体积
浓度分别满足[N]≤60×10-6、[H]≤3×10-6、[O]≤40×10-6。
非金属夹杂物尺寸≤20μm,且不能富集。
盘条索氏体率≥85%(即索氏体级别≤2.0级)。
2、82B钢生产试制情况
2.1炼钢试制情况
2.1.1转炉冶炼
原料采用脱硫铁水,原则上选用温度偏高的铁水进行深脱硫,然后大翻小进转炉。冷料为二类生铁+优质废钢;采用双渣操作,保证终点控制目标。
2.1.2LF钢包精炼
使用自身热态较好、无积灰积渣、口皮平整无挂渣的钢包。LF炉前使用低P、S碳粉、铝矾土、铝粉,钢水出站前用钙铁线进行钙处理。LF精炼过程渣况黏度、流动性控制良好。
2.1.3方坯连铸浇注
连铸浇注工艺基本正常,浇注周期执行(40+2)min,拉速按2.3m/min进行控制,未发生明显堵、洗水口情况。
2.282B轧制过程
2.2.1轧线及控冷设备
重钢高线轧机共有28机架,全线采用平立交替无扭连续轧制。斯太尔摩冷却线有7台风机,每台风机的风量大小可以调节。总长约80m,冷却速度应控制在15~18℃/s左右。
2.2.2控轧控冷工艺参数
以82B为典型代表的高碳钢轧制,需保证较高的尺寸精度、良好的表面质量、性能均一稳定以及良好的金相组织。根据文献报道,盘条表面冷速应控制在9.0~12℃/s以上,才能保证心部索氏体化,有利于形成晶粒细小和片层间距极小的组织,使盘条强度明显提高;但是,过大的冷速在铸坯中锰铬偏析的情况下,容易在盘条心部产生马氏体组织。
参考国内其他钢厂生产经验,结合重钢自身设备条件,最终确定均热段温度:1100~1150℃;进精轧机温度:900~950℃;吐丝温度:830~870℃。控制1#风机出口温度不超过670℃,2#风机出口温度不超过600℃,3#风机出口温度不超过550℃,斯太尔摩生产线的冷速应控制在1.0~12℃/s。
3、SWRH82B钢生产试制结果
3.1钢的熔炼成分
钢的熔炼成分见表2。
表2:实际熔炼成分
%
项目
|
C
|
Si
|
Mn
|
P
|
S
|
Alt
|
Cr
|
Ni
|
Cu
|
As
|
实际熔炼成分
|
0.83
|
0.21
|
0.75
|
0.013
|
0.006
|
0.008
|
0.02
|
0.03
|
0.01
|
0.009
|
实际熔炼成分达到了目标要求。
3.2钢中气体、夹杂含量
从钢中气体样分析结果看,结晶器钢液中氢和氧含量偏高,而成品盘条中氧含量达到了目标值(目标≤30×10-6),但氮含量偏高(目标≤30×10-6)。从夹杂样分析结果看,铸坯中夹杂总量偏高,夹杂分量以Al2O3为主,占60%以上。
3.3铸坯低倍质量
取每流中节铸坯各一块检验低倍质量,五块中除其中一块存在1.0级的中心疏松外,无其他铸坯低倍缺陷,铸坯低倍检验结果表明:铸坯总体质量良好。
3.4盘条实物质量情况
线材表面质量符合要求,直径范围:12.12~12.50mm。
3.4.1线材金相组织及性能情况
及时取金相试样及力学性能试样,通过分析,本次轧制的82B线材组织索氏体率达到80以上,索氏体级别为1.0~2.5级。控冷工艺制定较为合理,未发现网状渗碳体级马氏体组织。

图1:82B线材金相组织X500
由于线材直径较大,冷却速度较快,线材可能存在残余应力,且短时间内不可能完全释放,这会对性能指标特别是断面收缩率产生很大影响。为了摸索最佳的时效时间,尽量缩短交货周期,对时效不同的试样进行了性能对比分析,通过比较,发现时效15d左右比较合理(表3)。
表3:不同时效天数下力学性能情况
放置时长/d
|
抗拉强度/MPa
|
面缩率/%
|
延伸率/%
|
1d
|
1070~1100/1020
|
16~28/20.5
|
7.5~9.8/8.2
|
3d
|
1090~1110/1088
|
22~32/29
|
7.5~11.0/8.5
|
15d
|
1090~1200/1098
|
25~34/32.5
|
7.5~11.0/8.5
|
3.4.2线材拉拔性能
盘条发往用户处,考察组对拉拔过程进行了跟踪,由于是初次拉拔重钢生产试制的SWRH82B钢,对拉速作了适当降低,由平常的7m/s降低到5.8m/s,经9次拉拔成Φ5.23mm,之后又将拉速逐步提高至7m/s,拉拔过程顺利。用户对Φ5.23mm的钢丝作性能检验,强度为1780、1807MPa。
4、其他钢厂SWRH82B钢性能检测情况
其他钢厂盘条检验结果见表4。
表4:其他钢厂盘条检验结果
%
比较项目
|
首钢
|
沙钢
|
武钢
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|||
试样1
|
试样2
|
试样1
|
试样2
|
试样1
|
试样2
|
|
C
|
0.80
|
0.82
|
0.82
|
0.83
|
0.81
|
0.80
|
Si
|
0.20
|
0.20
|
0.22
|
0.22
|
0.24
|
0.23
|
Mn
|
0.76
|
0.75
|
0.73
|
0.74
|
0.66
|
0.65
|
P
|
0.011
|
0.011
|
0.011
|
0.011
|
0.016
|
0.016
|
S
|
0.005
|
0.006
|
0.009
|
0.008
|
0.009
|
0.009
|
Cr
|
0.25
|
0.25
|
0.15
|
0.16
|
0.17
|
0.17
|
其他三家钢铁公司与重钢生产试制的SWRH82B钢相比,主要元素含量差别不大,但均加入了铬作为合金强化元素提高钢材的强度,其熔炼成分含量为0.15%~0.25%。查阅相关资料,国内宝钢、湘钢、包钢及日本等钢厂也采用加入Cr作为提高82B盘元强度的手段之一。
5、结语
通过对82B线材生产试验研究发现,其炼钢工艺基本正常,满足了试验方案要求;盘条轧制工艺基本正常,金相组织、索氏体化率及断面收缩率较好,但强度指标偏低,未完全满足用户要求,但拉拔工艺基本正常。通过对其他钢厂盘圆实物质量水平分析,本次试制82B盘圆除强度偏低外,其余性能指标均相当。经过优化试制方案,加入合金强化元素,提高盘圆强度,82B钢开发成功是有可能的。
2012年2月
来源:重钢,铁诺咨询